元江與阿墨江分水嶺。雲南高原和橫斷山脈兩大地貌區的分界線，亦為雲南高原氣候的天然屏障。雲嶺南延分支，起於大理州南部，止於紅河州南部，長近千公裡，海拔一般2000米以上，海拔在3000米以上山峰有9座，主峰3166米。哀牢山形成於中生代燕山運動時期，至第四紀喜馬拉雅運動時期，地面大規模抬升，河流急劇下切，形成深度切割的山地地貌。主要由砂葉巖、石灰巖及各類變質巖組成。山體東部因沿斷裂帶下切較陡，相對高差大，西坡則較平緩。
哀哀牢山在氣候上的主要作用在於：冬季弱冷空氣被山體所阻，強冷空氣翻過山體後已成強弩之末；西南暖濕氣流東進時，又受山體阻擋，形成哀牢山以西、以南降水多於東部，氣溫較同緯度、同海拔的東部地區高，冬季寒潮入侵次數也較東部少。由於山體相對高差大，氣候垂直分佈明顯，從山麓至山頂依次為南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒溫帶氣候。獨特的山地氣候使植被具有明顯垂直分佈。西南坡垂直分佈由阿墨江河谷開始：海拔1100～1800米為思茅松林及季風常綠闊葉林帶，1800～2200米為雲南松林及半濕性常綠闊葉林帶，2200～2800米為中山濕性常綠闊葉林帶，2800米以上為山頂常綠闊葉矮曲林及灌叢帶。東北坡植被垂直系列從元江河谷起：海拔500～1000米為幹熱河谷植被帶，1000～2400米為雲南松林及半濕性常綠闊葉林帶，2300～2900米為中山濕性常綠闊葉林，2900米以上為山頂常綠闊葉矮曲林及灌叢帶。
哀牢山山體上部已辟為自然保護區，1988年劃為國傢級自然保護區。區境面積503.6平方公裡，森林覆蓋率達85%。中山濕性常綠闊葉林面積占保護區面積的66.3%，是雲南乃至中國少見的中山濕性常綠闊葉林區。以保護水源林、綠孔雀、灰葉猴、長臂猿等為主。